水泥砂浆基体中玄武岩纤维的拔出试验研究

纤维与水泥砂浆间界面粘结性能是影响纤维混凝土宏观力学性能的重要因素.通过一系列单根玄武岩纤维拔出试验,考虑了三种不同纤维埋置深度(6 mm、9 mm、12 mm)和三种不同水灰比的水泥砂浆基体(0.40、0.49、0.65)两个因素的影响,得到了玄武岩纤维从水泥砂浆基体被拔出时的荷载位移曲线,确定了埋置深度为12 mm时界面粘结最强.最后通过宏观力学性能试验研究了12 mm长度下玄武岩纤维的掺量对混凝土宏观力学性能的影响.     

黄麻纤维增强聚丙烯界面剪切强度的研究

研究了黄麻纤维增强聚丙烯体系中黄麻的表面处理以及基体中改性剂和无机填料对界面剪切强度的影响。实验表明,NaOH 和硅烷偶联剂（KH550）表面处理以及基体改性均能够增强界面黏结,当 NaOH 浓度为2%时界面剪切强度达到5.3 MPa,且处理时间对界面剪切强度影响不大;KH550浓度为0.5%时界面剪切强度达到5.5 MPa;当基体中马来酸酐接枝聚丙烯（PP-g-MAH）含量为2%时界面剪切强度达到5.7MPa;添加纳米碳酸钙和滑石粉后,界面剪切强度随之增大,但含量分别超过20%和10%后界面结合反而变差。     

超高分子质量聚乙烯纤维黏结强度增强方法研究

为提高超高分子质量聚乙烯(UHMWPE)纤维复合材料中纤维与树脂基体之间的界面黏结强度,提出通过不同质量分数的硅烷偶联剂KH-570处理纳米SiO_2对UHMWPE纤维进行表面改性。对改性处理后的纤维与乙烯基酯树脂进行黏结强度试验,发现硅烷偶联剂处理纳米SiO_2能有效提高纤维的界面黏结强度,同时使纤维保持一定的断裂强度。     

新旧水泥砂浆界面粘结性能试验研究

在荷载和环境因素作用下,混凝土结构产生不同程度的劣化。为了保证结构的安全性和耐久性,需要对损伤水泥基材料进行修复。基体的含水饱和度、界面粗糙度、修补砂浆的水灰比以及试件的养护条件都会影响修补砂浆与基体间的粘结强度。选取四种含水饱和度(0%、30%、70%、100%)的旧砂浆作为基体,浇筑水灰比为0.4和0.6的新砂浆,试件密封养护28 d,剪切试验结果表明:当新砂浆水灰比为0.6,旧砂浆含水饱和度按照70%、30%、100%、0%的顺序变化时,界面的剪切强度逐渐减小;当新砂浆水灰比为0.4,旧砂浆含水饱和度按照30%、0%、70%、100%的顺序变化时,界面的剪切强度逐渐减小。同时发现,新砂浆水灰比为0.4时的界面剪切强度普遍大于水灰比为0.6的数值。通过切槽法改变旧砂浆的界面粗糙度,然后浇筑水灰比为0.6的新砂浆,试件标准养护。剪切试验结果表明:当旧砂浆界面粗糙时,界面间的剪切强度是旧砂浆光滑时的1.26倍。选取两种含水饱和度(0%、100%)的旧砂浆作为基体,浇筑水灰比为0.4和0.6的新砂浆,分别进行标准养护和密封养护,剪切试验结果表明:在旧砂浆含水饱和度和新砂浆水灰比相同的情况下,标准养护下的界面剪切强度明显大于密封养护下的界面剪切强度。     

超高性能纤维增强混凝土中钢纤维拔出行为研究

自行研发的纤维定位装置可较为精准地控制钢纤维的空间位置，基于此，研究了钢纤维埋置深度、直径和埋置角度对超高性能纤维增强混凝土(UHPFRC)中钢纤维拔出行为的影响。结果表明：随着钢纤维埋置深度增加，钢纤维最大拔出力、拔出功、最大拔出应力及钢纤维强度利用率均呈不断提高的趋势，而最大平均黏结强度却呈减小的趋势；随着钢纤维直径增加，钢纤维最大拔出力、拔出功和最大平均黏结强度相应增加，而钢纤维强度利用率和最大拔出应力均减小；随着钢纤维埋置角度增大，钢纤维最大拔出力和拔出功呈先上升后下降的趋势，分别在埋置角度为45°和30°时达到最大，而埋置角度为75°时，试件破坏模式表现为钢纤维拉断失效。     

ALC板专用砂浆早期抗剪黏结性能试验与数值模拟研究

为研究蒸压轻质混凝土(ALC)板专用砂浆的早期抗剪黏结性能，设计并制作了4组专用砂浆黏结Z型试件和1组普通砂浆黏结Z型试件，通过对试件进行单面剪切试验，分析了普通砂浆黏结试件和不同养护龄期下专用砂浆黏结试件的抗剪强度、破坏形式和荷载-滑移曲线等抗剪黏结性能指标，并采用ABAQUS软件建立了专用砂浆黏结试件受剪有限元模型。研究结果表明：专用砂浆的早期黏结强度较高且发展较快，养护1 d后的抗剪强度是同强度等级普通砂浆养护28 d后的3.5倍；随着养护龄期的增加，专用砂浆黏结面的剪切刚度和极限滑移量均有小幅度增长，相较于普通砂浆，专用砂浆的塑性变形能力和试块-砂浆界面的黏结强度均有所提高；有限元计算的荷载-滑移曲线以及破坏特征与试验结果吻合较好，验证了牵引力-分离定律模拟专用砂浆黏结行为的有效性和可靠性。     

超高性能混凝土-石材界面黏结性能试验研究

超高性能混凝土(UHPC)加固修复既有石结构中,UHPC与石材之间优异的黏结性能是保证加固效果的关键。因此,为探究UHPC-石材界面的黏结性能,通过劈裂抗拉试验和双L型剪切试验,考察不同界面处理方式对UHPC-石材界面黏结性能的影响。结果表明,UHPC-石材界面破坏模式主要分为三种,其中发生模式C破坏(石材UHPC破坏)时界面黏结强度最大。界面键槽处理方式能显著提高UHPC-石材界面黏结强度、界面剪切刚度,且在改变破坏形态的同时有效提升试件的延性,当键槽深度为20 mm时,试件表现出较好的界面黏结性能。另外,试件剪切荷载-位移曲线包含滑移前阶段和滑移后阶段,凿毛试件在滑移后阶段没有经历塑性变形。相同界面处理方式下,UHPC-石材的界面抗剪强度与界面劈裂抗拉强度呈正相关关系。     

计及界面损伤的纤维片材加固砼梁的弯曲破坏分析

对四点弯曲荷载作用下含微裂缝的纤维片材加固钢筋砼梁,建立一种计及梁中裂缝和纤雏片材与梁跨中界面发生损伤的分层剪滞模型,并采用复合材料力学中的细观统计破坏理论,研究了纤维片材断裂模式下的纤维应力重新分布和极限承载力,定量获得了纤维应力集中、纤维片材与砼梁之间的界面损伤区长度和极限承载力与界面剪切强度的关系.结果表明,应力集中随界面剪切强度的增加而增加;界面损伤区长度随界面剪切强度的增加而减小;极限承载力随界面剪切强度的增加是先增大后减小;适宜的界面黏结,极限承载力最高.     

UHPC与普通混凝土试件界面黏结抗冻性能试验研究

超高性能混凝土(UHPC)因为其较高的强度和优良的耐久性被认为是极具潜力的结构修补用材料之一。同时,UHPC与普通混凝土(NC)之间的界面黏结性能,是影响UHPC在混凝土加固修复工程中应用可靠性的关键因素。针对严寒环境,本试验对超高性能混凝土与普通混凝土(以下简称UHPC-NC)黏结试件开展－60 ℃的冻融循环试验,分析冻融循环后试件的宏观形态变化、质量变化率。通过黏结强度试验,获得界面的黏结强度以及相应的界面破坏模式。试验主要分析－60 ℃冻融循环对UHPC-NC试件界面黏结性能的影响,以及界面的不同处理方式(钢丝刷刷毛、高压水射流冲毛及劈裂)对抗－60 ℃冻融循环作用的影响,同时,对冻融作用下UHPC-NC试件的界面损伤机理进行初步探索。试验结果表明:－60 ℃冻融循环对UHPC-NC试件黏结强度有较大影响,劈裂组试件的界面黏结强度在经历10次、15次、20次冻融循环后分别下降为界面黏结基准强度的72.94%、55.62%及44.33%,界面黏结强度呈现先急速下降再缓慢下降的趋势;界面粗糙度越高,界面的剩余黏结强度越大,经历20次冻融循环后,劈裂组试件的剩余黏结强度为高压水射流冲毛试件的2.03倍。     

超高性能混凝土湿接缝界面粘结性能EI北大核心CSCD

研究了超高性能混凝土(UHPC)湿接缝界面破坏特性、拉伸强度以及拉伸强度比(接缝试件界面拉伸强度相对于整体试件的比值)等。结果表明:所有UHPC湿接缝试件的破坏模式均为脆性破坏;相比于未掺纤维湿接缝试件(界面拉伸强度2.24 MPa),掺纤维UHPC湿接缝试件具有更好的界面粘结性能(界面拉伸强度可达6.64 MPa,拉伸强度比可达68.6%);当纤维体积掺量不大于2.5%时,湿接缝试件的界面拉伸强度、拉伸强度比以及界面断裂韧性均随纤维体积掺量的增大而增大,最佳纤维体积掺量为2.5%;长纤维对UHPC湿接缝界面拉伸强度、拉伸强度比以及界面断裂韧性的提升效果优于短纤维,异形纤维优于平直形纤维;配筋UHPC湿接缝试件延性特征显著优于未配筋试件,增加钢筋锚固长度、界面配筋率是提高UHPC湿接缝延性特征和界面拉伸强度的较有效方法;当钢筋锚固长度达到6倍钢筋直径时,湿接缝处界面拉伸强度大于整体浇筑UHPC拉伸强度。此外,构建了不同纤维参数下UHPC湿接缝界面拉伸应力-相对位移简化模型。     

不同龄期钢纤维增强水泥砂浆纤维拉拔试验与模拟研究

钢纤维增强水泥基复合材料作为一种多相复合材料,其增强增韧效果的发挥依赖于钢纤维与基体之间的界面粘结性能。通过开展不同龄期的钢纤维增强水泥基复合材料单根纤维拉拔试验及数值模拟研究,分析了龄期对钢纤维增强水泥砂浆界面粘结性能的影响,建立了不同龄期的单根纤维拉拔细观模型,通过将模拟结果与试验结果进行对比验证模型的有效性。根据所建立的细观模型分别对不同龄期钢纤维增强水泥砂浆纤维-基体间的界面粘结作用机理及纤维-基体间粘结表面在纤维拔出过程中的应力变化进行了分析。结果表明:所建立细观模型模拟得到的纤维最大拉拔力及荷载-滑移曲线与试验结果吻合较好,钢纤维的最大拉拔力及钢纤维-水泥砂浆基体的界面粘结强度均随着龄期的增加而增加;在7 d龄期内界面粘结强度的增长速度较快,7 d龄期后增长速度放缓;随着龄期的增加,不同龄期段的界面粘结强度的增长率逐渐减小并趋于稳定。采用拟合得到的粘结表面材料参数能够有效模拟各龄期下单根钢纤维从水泥砂浆中的拔出过程。     

Interfacial properties of kevlar-49 fiber-reinforced thermoplastics

A single-filament pull-out test was used to study adhesion of Kevlar-49 fibers to thermoplastic polymers. The test involved pulling a partially embedded fiber out of a polymer film. Kevlar-49 fibers with three different surface treatments were used with five thermoplastic materials. The test resulted in the measurement of two properties, an interfacial bond strength and a frictional shear strength. The interfacial bond strength is an essential factor in determining the critical aspect ratio of discontinuous fibers in a composite. The frictional shear strength was found to correlate with the tensile strength of discontinuous fiber composites which fail by fiber pull-out. Scanning electron microscopy was used to examine the fiber pull-out specimens after testing. Observations of the fiber showed that the failure mode at the fiber–matrix interface was complex. The predominant failure mode was fracture at the interface (or in some weak boundary layer). In some cases, cohesive failure of the fiber surface was observed, with the result that strips of material were torn from the fiber surface.     

基于正交试验的透水再生混凝土性能优化试验研究

透水混凝土在缓解城市内涝、噪音效应和热岛效应等方面具有广泛的应用前景,但多孔导致的强度偏低限制了其进一步推广应用。本文采用再生粗骨料和聚丙烯纤维配制高性能透水再生混凝土,设计五因素四水平正交试验,采用极差法分析水胶比、目标孔隙率、再生粗骨料取代率、粉煤灰掺量和聚丙烯纤维掺量对透水再生混凝土抗压强度、有效孔隙率、透水系数的影响规律。结果表明:透水再生混凝土抗压强度影响因素的主次顺序为目标孔隙率>再生粗骨料取代率>水胶比>聚丙烯纤维掺量>粉煤灰掺量;透水再生混凝土抗压强度最大为48.26 MPa,此时透水系数为1.96 mm/s;随着目标孔隙率的提高抗压强度呈线性下降的趋势;40%再生粗骨料等质量取代天然粗骨料后,透水再生混凝土的抗压强度达到28.7 MPa,提高119.08%,透水系数增加9.44%;掺入0.11%体积掺量的聚丙烯纤维后透水再生混凝土的抗压强度达到27.4 MPa,提高幅度为10.48%,而且透水性能不会降低。研究结果可以为高性能透水再生混凝土的制备提供依据。     

聚甲醛纤维增强砂浆的力学性能和干燥收缩试验研究

本文研究了不同长度聚甲醛(POM)纤维单掺和混掺对砂浆流动度、抗折强度、抗压强度、弯曲韧性及干燥收缩的影响,并通过扫描电镜观测了其微观结构。研究发现,砂浆流动度随POM纤维长度和掺量增大而下降,混掺纤维比单掺对砂浆流动度的影响更小。POM纤维能有效提高砂浆的抗折强度,但掺量超过0.6%(体积分数,下同)时增强效果减弱,与未掺纤维试样相比,0.6%掺量的6 mm纤维对试样28 d抗折强度提升最高,为14.67%,抗压强度随纤维掺量增加而降低。12 mm纤维比6 mm及混掺对试样弯曲韧性提升更明显,最大提高49.43%。纤维的掺入可显著降低试样的干燥收缩率,且随纤维掺量增加,试样90 d干燥收缩率先减小后增大。与未掺纤维试样相比,0.6%掺量的6 mm纤维试样90 d干燥收缩率下降最多,为27.39%。混掺POM纤维在掺量0.6%以上时仍可显著提升砂浆的抗折强度并减小干燥收缩率。     

玄武岩纤维RPC基本力学性能研究

为了研究玄武岩纤维在RPC(reactive powder concrete,活性粉末混凝土)中的作用效果,以玄武岩纤维体积掺量、纤维长度、RPC水胶比和养护龄期为参数,对玄武岩纤维RPC的劈裂抗拉强度和立方体抗压强度进行了试验研究.试验结果表明:对于掺入12 mm长玄武岩纤维的RPC,最佳水胶比为0.22,最佳纤维体积掺量为0.10%,其劈拉强度较未掺纤维的RPC提高了38.53%.对于掺入6 mm长玄武岩纤维的RPC,最佳纤维体积掺量为0.05%,其劈拉强度较未掺纤维的RPC提高了27.16%.     

A new method for study of the fiber-matrix interface in composites: single fiber pull-out from a microcomposite

—A new method, single fiber pull-out from a microcomposite (SFPOM), was developed to study the fiber/matrix interface in composites. By pulling a fiber out of a seven-fiber microcomposite, the SFPOM test provides the real feeling of a fiber pulled out of an environment similar to that in a real composite. Interfacial shear strength decreased as the fiber volume fraction increased in the fiber-matrix system tested in the experiment. Three factors were suggested to be responsible for the phenomenon: (1) poor bonding between fibers when close to each other; (2) shear stress concentration in the matrix between neighboring fibers; and (3) possible change in matrix properties, thus altering the failure mechanism from interfacial debonding to a mixture of interfacial debonding and matrix fracture.     

BFRP筋碱激发混凝土粘结性能试验研究与数值模拟

玄武岩纤维增强复合筋(BFRP筋)碱激发混凝土为海洋环境下混凝土的耐久性提供安全保障。在其中心拉拔试验的基础上,采用分离式模型,运用ABAQUS有限元软件进行粘结滑移性能数值模拟与分析。通过试验数据,得出适用于BFRP筋碱激发混凝土的粘结滑移本构模型以及碱激发混凝土的塑性损伤模型,构建了基于非线性弹簧单元的数值模型,试验结果与计算结果吻合程度较好,验证了模型的准确性。试验与模拟结果表明:粘结长度为2.5d、5d(d为BFRP筋直径)的试件均发生筋材拔出破坏,粘结长度为10d的试件均发生劈裂破坏;BFRP筋与碱激发混凝土之间的粘结应力分布并不均匀,随着粘结长度和筋材直径的增大,极限粘结强度逐渐减小;当BFRP筋直径d=12 mm,粘结长度为2.5d、5d和10d的碱激发混凝土试块极限粘结强度分别为13.92 MPa、13.56 MPa和12.60 MPa,较相同粘结长度的普通混凝土试件,其极限粘结强度分别提高6.58%、10.97%和9.76%。     

低压化学气相渗透法制备2.5维SiCf/SiC复合材料

采用低压化学气相渗透法制备了具有和不具有热解炭界面层的2.5维连续SiC纤维增强的SiC复合材料(SiCf/SiC).SiC纤维的体积分数为30%和41%.所制备复合材料的气孔率为20%左右.当纤维为30%时,沉积有0.1 μm热解炭界面层的复合材料的弯曲强度由未加热解炭界面层的232MPa增加到328MPa,而且材料由灾难性断裂转变为非灾难性断裂.在同一制备条件下,纤维体积分数为41%的SiCf/SiC比30%的SiCf/SiC具有更高的气孔率.纤维为41%时,热解炭界面层厚度为0.1 μm的SiCf/SiC的弯曲强度只有244MPa,但是它具有更高的韧性和更长的纤维拔出长度.     

PP/PVA纤维增强硫铝酸盐水泥基快速修补材料试验研究

针对交通压力增大,公路桥梁路面易出现疲劳破坏的问题,提出以聚丙烯(PP)纤维与聚乙烯醇(PVA)纤维提升硫铝酸盐水泥基快速修补材料性能。分别探究了PP纤维与PVA纤维单掺及复掺对硫铝酸盐水泥基快速修补材料流动度、强度以及韧性的影响,并进一步研究了最优复掺比例对修补材料粘结强度及体积稳定性的影响。结果表明:单掺PP纤维对修补材料砂浆流动度影响较小,并且能显著提升抗折强度,掺入0.2%(体积分数,下同)的PP纤维流动度仅下降4%,1 d和28 d抗折强度分别达到了12.8 MPa、15.5 MPa。单掺PVA纤维会大幅减小修补材料砂浆流动度,提升抗压强度,掺入0.2%的PVA纤维流动度下降21%,1 d和28 d抗压强度分别达到了56.6 MPa、84.3 MPa。当PP和PVA纤维按3:1的比例,以0.2%的总体积掺量进行复掺时,两种纤维可以发挥协同作用使修补材料不仅可以获得良好的流动性能、强度与韧性,同时获得较好粘结强度与体积稳定性。28 d时修补材料砂浆的粘结强度达到5.6 MPa,干燥收缩率低至2.73×10^-4,可以更好地满足公路桥梁路面、伸缩缝的快速修补需求。     

Comparison of the stress transfer in single- and multi-fiber composite pull-out tests

Analyses of the elastic stress transfer taking place across the fiber-matrix interface are presented for single- and multi-fiber composite pull-out tests. The multi-fiber composite is treated as a three-cylinder assemblage consisting of a central fiber, a matrix annulus, and a composite medium. The forms of the fiber axial stress and the interface shear stress distributions along the embedded fiber length are determined for single- and multi-fiber composite pull-out tests and their dependences on the fiber volume fraction, the dimensions of the specimen, the fiber-to-matrix modulus ratio, and the embedded fiber aspect ratio are displayed. The stress transfer for a perfectly bonded interface for the two pull-out tests is compared and the difference is clearly shown. In addition, for the single-fiber composite pull-out test, the present theory is compared with some existing theories.